1  在裝備制造業中的地位與作用         

        焊接是一種將材料永久連接,并成為具有給定功能結構的制造技術?幾乎所有的產品,從幾十萬噸巨輪到不足1克的微電子元件,在生產制造中都不同程度地應用焊接技術?焊接已經滲透到制造業的各個領域,直接影響到產品的質量?可靠性和壽命以及生產的成本?效率和市場反應速度? 

        中國2005年鋼產量達到3.49億噸,成為世界最大的鋼材生產與消費國,而焊接結構的用鋼量也突破1.3億噸,相當于美國一年的鋼產量,成為世界上空前最大的焊接鋼結構制造國? 

        從2005年中國完成的一些標志性工程來看,焊接技術發揮了重要作用?例如三峽水利樞紐的水電裝備就是一套龐大的焊接系統,包括導水管?蝸殼?轉輪?大軸?發電機機座等,其中馬氏體不銹鋼轉輪直徑10.7 m 高5.4 m 重440 t,為世界最大的鑄-焊結構轉輪?該轉輪由上冠?下環和13或15個葉片焊接而成,每個轉輪的焊接需要用12 t焊絲,耗時4個多月?神舟6號飛船的成功發射與回收,標志著中國航天事業的巨大進步,其中兩名航天員活動的返 回艙和軌道艙都是鋁合金的焊接結構,而焊接接頭的氣密性和變形控制是焊接制造的關鍵?2005年底由第一重型機械集團為神華公司制造的中國第一個煤直接液化裝置的加氫反應器,直徑5.5 m長62 m厚337 mm重2 060 t,為當今世界最大?最重的鍛-焊結構加氫反應器,采用國內自主知識產權的全自動雙絲窄間隙埋弧焊技術,每條環焊縫需連續焊接5天?西氣東輸的管線長4 000 km,是中國第一條高強鋼(X70)大直徑長輸管線,所用的螺旋鋼管和直縫鋼管全部是板-焊形式的焊接管?2005年我國造船的總噸位達到1 212萬噸,占世界造船總量的17%,居于日?韓之后,穩居世界第三位,正向年產2 500萬噸的世界水平邁進?國內制造的30萬噸超級油輪?新型5668標箱集裝箱船?15萬噸散裝貨船,以及為世界矚目的,被稱為“中華第一盾”的170艦,都是中國造船界的驕傲,船體是典型的板-焊結構?另外,上海中瀘浦大橋是世界最長的全焊鋼拱橋;國家大劇院的橢球型穹頂是世界最重的鋼結構穹頂;正在修建的奧林匹克主體育場的鳥巢式鋼結構重4萬多噸,也是世界之最?這些大型結構都是中國焊接制造的最大?最重?最長?最高?最厚?最新的具有代表性的重要產品?由此可見,焊接在國民經濟發展和國防建設中具有非常重要的地位和作用? 

        從“十一五”規劃的二十項國家重大技術裝備的研制項目可以看出,在百萬千瓦級核電機組?超超臨界火力發電機組成套設備?高水頭超大容量水電機組?大型抽水蓄能機組?30 ~ 60萬瓦級循環硫化床(CFB)鍋爐的成套技術裝備?百萬噸級大型乙烯成套設備?百萬噸級大型對苯二甲酸成套設備?大型煤制氣成套設備以及大型煤礦綜合采掘成套技術與裝備中,焊接制造都是關鍵制造工藝之一?

2   行業自主創新能力分析 

2.1  行業技術現狀

        新中國建立以來,特別是改革開放25年來,中國先后自行研制?開發和引進了一些先進的焊接設備?技術和材料?目前國際上在生產中已經采用的成熟焊接方法與裝備,在國內也都有所應用,只是應用的深度和廣度有所不同而已?中國的制造企業已經在采用諸如電子束焊接?激光焊接?激光釬焊和激光切割?激光與電弧復合熱源焊接?單絲或雙絲窄間隙埋弧焊?4絲高速埋弧焊?雙絲脈沖氣體保護焊?等離子弧焊接?精細等離子弧切割?水射流切割?數控切割系統?機器人焊接系統?焊接柔性生產線(W-FMS)?變極性焊接電源?表面張力過渡焊接電源(STT)和全數字化焊接電源等?甚至目前在國際上比較熱門的攪拌摩擦焊技術,也已經應用到產品的生產上?中國的焊接生產技術水平有了很大的提高,但是存在問題的嚴重性也不容忽視? 

        總體來看,中國2004年的焊接材料生產總量達到210萬噸,比美國?日本?德國三國焊接材料產量的總和還多,但是其中手工焊接用的焊條產量占75%,各種機械化?自動化焊接用焊絲占25%,焊接的機械化/自動化率為35%,達到歷年來的最高比例?然而,這僅相當于日本20世紀70年代末焊接機械化/自動化率的水平,日本1979年焊接材料的總產量為40萬噸,手工焊條占58%,各種焊絲占42%,焊接的機械化/自動化率為44%? 

        中國制造業中以焊接為主要工藝技術的企業約有 7 000家,其中特大型?大型和中型企業約占1/3,它們的焊接機械化/自動化情況明顯要好于眾多的小型企業?焊接機器人是實現焊接自動化?柔性化的重要途徑?根據2001年的統計,全國焊接機器人有1 040臺,到2005年底預計增加到2 700臺左右,主要在汽車?工程機械?摩托車?軌道車輛?鍋爐?金屬家具及軍工等行業?近幾年來,汽車行業(包括汽車制造廠和零部件廠)大量安裝和應用焊接機器人,全國焊接機器人的70%集中在汽車行業?但是目前全國焊接用的關節式工業機器人90%以上是進口的,基本上囊括了世界各國工業機器人的品種?全國只有一家中日合資的機器人生產廠家,但主要是將日本母公司生產的零部件組裝成機器人,缺乏國內外自主品牌?一些高等院校和研究所也制造少量的工業機器人,但數量有限,在價格?性能?可靠性等方面難以和進口機器人競爭,在焊接領域已經逐步被邊緣化?可喜的是,中國已經出現十多家具有一定經驗的焊接機器人應用工程開發公司,他們采用進口的焊接機器人,根據用戶的需求,自行設計制造外圍設備,并集成為焊接機器人工作站或單元,完成交鑰匙工程?目前約有20%的焊接機器人是由國內的工程師組成工作站的?但是比較復雜的機器人焊接生產線?柔性生產線,如汽車?工程機械的裝焊生產線,基本上從國外公司成套進口? 

        制造超臨界和超超臨界火力電站鍋爐?核電站成套裝備以及石油化工裝備的加氫反應器是國內能源發展的需要?焊接在這些重大裝備的制造中起著重要的作用,但所需要的關鍵焊接材料,如超級耐熱鋼?超級不銹鋼的焊接材料和耐蝕的鎳基合金焊材?不銹鋼堆焊用的帶極材料基本依靠進口?工程機械用的高強度鋼(900 ~1 100 MPa)的氣體保護焊焊絲也主要依靠進口?國內焊接材料廠有近千家,列入統計名單的大中型企業120家,并已形成以天津?自貢?上海?昆山?錦州等幾個較大的企業集團?但總的說來,產品品種較少?研發能力弱?研究開發速度慢,大多數為中低端產品,難以抵擋國外中高端焊接材料產品的不斷涌入?對國內重大技術裝備與國防高新工程的研制具有嚴重影響? 

        電弧焊仍是當今焊接的主要方法,焊接電源的性能直接影響到焊接過程的穩定性和效率以及材料和能源的消耗,最終體現在焊接接頭的質量一致性?近25年來國外電焊機技術水平隨著電力?電子元器件和計算機技術的發展迅速提高,從原先的旋轉式直流焊機發展到二極管整流焊機?晶閘管(可控硅)整流焊機?晶體管整流焊機?逆變式焊機,一直到現在的全數字化逆變式焊機?國內電焊機行業在計劃經濟時期主要由上海電焊機廠?天津電焊機廠?成都電焊機廠等國營大企業唱主角,現在它們都退下來了,全國電焊機行業形成近千家的眾多小型企業的局面?當前引領中國電焊機產業的是兩家合資企業,產品主要是外國母公司的品牌,占有國內電焊機市場的近半壁江山?具有中國自主知識產權的電焊機主要是晶閘管整流焊機和簡單功能的逆變焊機?目前國內骨干裝備制造企業使用的高檔焊機,如前面提到的STT焊機?全數字化逆變式焊機?雙絲脈沖氣體保護焊機等基本上依靠進口?這些先進的焊機附加值極高,一臺全數字化逆變焊機價格高達人民幣12 ~ 15萬元,而一般同等功率的普通晶閘管整流焊機價格僅為2 ~ 4萬元?中國每年進口的焊接電源和設備的費用約占全國市場的一半,而國內生產的焊接電源產值中有近一半是合資企業的?近千家中小企業的產值占不到1/3的國內市場份額,而且這些市場份額也主要依靠廉價的勞動力和一些商業運作手段維持,這樣的競爭能力能維持多久值得思考? 

        綜上所述,焊接工藝已經不是一種輔助工藝,它在最近幾年已經成為制造業中的關鍵加工手段,完成了許多關系國計民生與國防建設的重大戰略性產品的生產,中國已經毫無懸念地成為世界首屈一指的焊接大國?但是國內焊接生產中應用的關鍵焊接材料?焊接設備嚴重依賴國外進口,具有中國自主知識產權的關鍵技術與產品不多,而且總體研發?創新水平和速度都不高,與焊接大國的形象形成了巨大的反差?如果繼續下去,將會逐步成為中國經濟戰略安全的薄弱環節?

2.2    國外技術創新狀況

         世界各工業發達國家都非常重視焊接技術的發展與創新?美國和德國專家在討論21世紀焊接的作用和發展方向?一致認為:
         (1) 焊接(到2020年)仍將是制造業的重要加工技術,它是一種精確?可靠?低成本,并且是采用高科技連接材料的方法?目前還沒有其它方法能夠比焊接更為廣泛地應用于金屬的連接,并對所焊產品增加更大的附加值?
         (2) 焊接技術(包括連接?切割?涂敷)現在以及將來,都有最大可能成功地將各種材料加工成可投入市場的產品的首選加工方法?
         (3) 焊接不再是一種“應召工藝”,它將逐步集成到產品的全壽命過程,從設計?開發?制造到維修?再循環的各個階段?
         (4) 焊接將被認為對改善產品全壽命的成本?質量和可靠性是至關重要的手段,而且對提高產品的市場競爭力有重要貢獻? 

        世界各主要工業發達國家都非常重視發揮焊接研究機構的作用,基本上都形成大學研究所企業的三級研究開發體系?各主要工業發達國家都成立了焊接研究所,如英國的焊接研究所(TWI)?美國的愛迪生焊接研究所(EWI)?法國焊接研究所(FWI)?日本的連接與溶接研究所(JWRI)?烏克蘭的巴頓電焊研究所(PEWI)?德國亞琛大學的焊接研究所(ISF)和德國焊接學會(DVS)下屬的分布在全國各地的焊接研究與培訓中心(SLV)等,而韓國的焊接研究中心是設在韓國現代科學技術研究院(KAIST)的韓國工業生產技術研究院KITCH 之內?它們都屬于國家級的焊接研究機構? 

         國外近年來焊接技術的發展可以用下列有關工業機器人?焊接新電源和激光焊接技術等發展過程的幾個例子來簡要說明產學研結合的重要性?日本在1972年第一次國際全球石油危機之后,為了提高其汽車產業在國際上的競爭地位,開始引進?吸收美國的機器人技術,政府資助產學研結合大力發展本國的工業機器人產業,政府對應用本國機器人的制造企業給予稅收的優惠,很快幾家技術較強的電子/電器公司轉型成為日本的工業機器人骨干企業,如安川(電機)?松下(電器)?FANAC(數控)等?從20世紀70年代至80年代末的15年間,日本的工業機器人迅速發展并超過美國成為世界工業機器人的生產與應用“王國”,2004年已擁有35.6萬臺各類機器人,占世界總量的42%?日本汽車產業也是應用機器人最多的行業,造就其價格競爭優勢?韓國于20世紀80年代末開始大力發展工業機器人技術,在政府的資助和引導下,由現代重工集團牽頭,到20世紀90年代末用了10年的時間形成自己的工業機器人體系,目前韓國的汽車工業大量應用本國的機器人,并已經有韓國的整套汽車焊接機器人生產線進入中國?中國從20世紀80年代開始,國家連續投入幾億元的資金,花了近20年的時間,但是由于工作過于學術化,至今連一個能批量生產具有中國自主知識產權的工業機器人的企業都沒有建立,形成巨大的反差? 

        激光被認為是21世紀的新能源,激光技術反映一個國家的工業水平?激光在焊接中的應用正引起各國的重視?德國?俄羅斯?美國?日本?法國?意大利等國都很重視發展激光技術?德國已經將激光焊接?激光切割?激光+電弧復合熱源焊接技術應用于汽車的生產,特別是鋁合金轎車的生產,引領了汽車焊接技術的發展?德國政府很重視激光技術的發展,在政府的教育與研究部中設立了專門管理部門,負責協調激光技術的發展?在德國已經形成大學激光技術研究所激光應用工程開發公司的聯合,以及激光主機生產廠激光配件生產廠激光應用企業的聯合,形成一個立體覆蓋網?由亞琛大學和Fraunhofer激光研究所(ILT)以及IPG公司聯合,主要開發光纖激光器FL 和半導體激光器(DDL)而斯圖加特大學及其光學加工工具研究所(IFSW)和Trumpf公司聯合,主要研究開發碟型激光器?德國的Rofin-Sina公司和Trumpf公司主要生產CO2激光器,HAAS公司則主要生產固體(NdYAG)激光器,而IPG公司生產新型的光纖激光器,Laserline公司生產半導體激光器,形成相互競爭又互相補充的激光技術研發與生產鏈?大眾汽車?寶馬汽車?奔馳汽車和美雅(Meyer)船廠是德國應用激光焊接技術的示范企業?德國的大眾汽車已經將激光焊接技術引入中國,并在上海大眾和一汽-大眾的轎車批量生產線上應用,推動了中國激光焊接技術的應用?德國這種由政府牽頭形成一條由研究開發主機生產配件制造應用技術開發示范企業有機結合的激光技術產學研結合鏈條,很值得中國學習?這種鏈條和日本發展機器人技術有異曲同工之處?
        電弧焊至今仍是焊接的主要方法,而電弧焊技術的進步主要是由電源的發展帶動的?國外企業非常重視焊接電源的開發,而且將電源的開發與電弧物理和焊接工藝技術相結合?每當出現一種新型焊接電源都同時推出新的控制方法?例如當出現晶閘管整流焊接電源就推出波形控制減少飛濺的CO2焊接電源和方波交流焊接電源;當逆變電源出現后就推出變極性電源?STT短路過渡焊接電源等;而當全數字化電源出現后又出現焊接電流和電壓與送絲速度同步協調控制的雙脈沖鋁合金焊接電源和CMT“冷金屬過渡”焊接電源等等?這說明焊接電源的發展并不只是電路的設計,它關系到電氣技術?微電子技術?控制技術?計算機技術?電弧物理?工藝技術等工程技術人員的聯合與合作,需要一個多學科的團隊?國內電焊機行業缺乏龍頭企業,缺乏這樣的團隊,是造成國內電焊機發展速度慢?小企業只能在低端產品的生產中掙扎生存的主要原因? 

        攪拌摩擦焊是20世紀90年代初由英國焊接研究所發明的固態焊接新技術,這是一項帶有革命性的創新,由于焊接時金屬不熔化?無弧光和熱輻射?耗能小?效率高?工件變形小等諸多的優點,而迅速得到推廣應用?目前已經在飛機?火箭?快艇?郵輪?火車車廂等鋁合金結構制造領域得到應用?國內一些研究所和高校已經購買了英國的專利技術使用許可證,開始自己的創新活動,并部分應用于生產? 

        綜上所述,國外主要工業發達國家的政府很重視焊接技術的發展,他們希望用先進的焊接技術來提高產品的生產質量?提高效率?降低成本,以此來與勞力成本相對低廉的國家進行市場競爭,這是一種戰略手段?

2.3  國內自主創新能力的問題和差距 

2.3.1  問    題
        與國外相比,從總體上看國內焊接生產的機械化?自動化水平較低,眾多企業需要的?中國自有的?“使用量大面廣”的焊接技術?焊接設備?焊接材料的水平甚至比尖端焊接技術更落后于國外?然而,對于汽車?造船?軌道車輛?電站鍋爐?發電設備?重型機械?工程機械?集裝箱等行業的中等以上骨干企業,在改革開放以來的多次技術改造中,引進了一些國外的先進焊接設備?材料和工藝,焊接生產的技術水平有了很大的提高,基本上能達到接近國外同類企業的水平,能夠生產出國家經濟和國防建設需要的裝備和產品,只是先進技術的應用面?使用的數量和技術的先進程度有別于國外的企業?但是必須看到國內還缺少更多的具有自主品牌的先進焊接設備?高端焊接材料和高效焊接工藝技術,目前企業使用的這些先進焊接設備與材料大多依賴外國進口?國內焊接生產的這種表面輝煌,技術空心化的局面是一個嚴重的戰略軟肋? 

        國內焊接創新能力不高的原因是多方面的:
        (1) 從國家層面來說,政府有關部門缺乏對焊接技術在國民經濟發展和國防建設中的地位和重要性的全面準確認識;缺乏針對經濟發展和市場競爭需求而提出焊接技術發展的戰略性指導規劃;過分追求高新精尖,而忽視基本焊接技術的創新? 

        (2) 從高等學校層面來說,1998年以前,中國共有50多所高等院校設立焊接專業,每年給國家培養上千名焊接畢業生?實行通才教育后,國家教育部僅批準哈爾濱工業大學一家仍保留獨立的焊接專業,每年培養70 ~80名焊接專業學士?70名左右的焊接碩士和博士?其他高校的焊接教研室大多改稱焊接研究所,在通才教育的前提下,部分材料系或機械系的學生偏重于焊接學科,但是有關焊接的專業課程比原先減少了一半以上的學時?由于國內缺乏繼續教育和專業培訓的制度,這些大學畢業生要從事焊接技術的創新與開發需要比較長的在職鍛煉時間? 

        目前,國內的高等院校,特別是著名的大學,創新能力都比較強從事焊接技術研究的領域,比較多偏向于自動控制?機器人?數值模擬?新型材料的焊(連)接,以及電子束焊接?激光焊接等高新技術方面?研究這些高新精尖技術很有必要,可以解決特殊領域的需求,也比較容易得到政府部門的資助?但是這些技術應用面相對比較窄,對國民經濟發展的影響較小;而堅持從事“常規”焊接材料?焊接工藝和焊接電源創新研究的高校卻屈指可數?例如中國手工焊條的年產量超過150萬噸,是世界上最大的焊條生產國,這應該是中國的長項,但是由于長期缺乏深入的基礎理論研究,中國焊條的質量和工藝水平長期落后于國外,而且進展緩慢?對于電焊機?電弧物理方面的研究已快后繼乏人了? 

       (3) 從焊接研究機構層面來說,中國在20世紀50年代由機械工業部建立了專門的焊接研究機構——哈爾濱焊接研究所和成都電焊機研究所?其它產業部門也相繼建立了相應的焊接研究機構,但是大多是以處?室的形式設在研究院所內,如鋼鐵研究總院的焊接室?冶金建筑研究院的焊接室?船舶工藝研究所的焊接室?航空制造工程研究所的焊接室等等?哈爾濱焊接研究所是國內唯一一所焊接技術綜合性研究所,研究領域包括焊接材料?材料焊接性?焊接工藝?焊接設備?無損探傷等;行業服務中介領域包括全國焊接學會秘書處?全國焊接協會秘書處?全國焊接標準化技術委員會秘書處?國家焊接材料質量監督檢驗中心?焊接雜志社等?50年來,這些研究機構為中國的經濟發展和國防建設做出了重要的貢獻,同時也建立了具有比較先進的研究測試儀器和設備的實驗研究基地,培養了一支具有多種學科?經驗豐富?熟悉生產的科技隊伍,樹立了良好的科研氣氛?隨著改革的發展,一些工業部被撤消,有兩百多個研究院所轉制成為科技型企業,但是國家如何戰略定位這些研究院所,對這些轉制研究院所在科研?創新中要起什么作用,比較模糊? 

       (4) 從企業層面來說,2006年全國科技大會明確指出企業在科技創新中應起主體作用?“主體”并不是意味獨干,或企業自己從頭干起?政府應促進企業積極牽頭,超前提出需要研究解決的課題,堅持產學研的有機聯合開展預先研究;“主體”也要有所為有所不為,企業不能包打天下,什么都要自己來干?國家提出企業發揮主體作用是一項比較長遠的目標要求,不是每個企業都能馬上做到的?目前企業的研發力量大都比較薄弱,不可能?也不應該面面俱到?裝備制造企業最主要的是從事產品的創新和管理的創新,而共性的工藝技術的開發,應該更多地依靠社會的研發力量——高等院校?科研院所和有關的專業企業?在2002 ~ 2003年期間,工程院的一個咨詢項目曾對115家中型到特大型企業進行調查,在2 012名焊接技術人員中具有博士學位的僅1人,而具有碩士學位的不足2%?企業中其他工藝的技術人員可能也好不了多少?這個結果比較真實地反映當前制造企業中工藝創新能力的不足? 

        目前國家要在裝備制造企業中投資建立工程技術中心,如果制造企業按已被轉制的原先研究院所的模式來建立技術中心,將會造成研究資源的更大浪費? 

        改革開放以來,許多企業從國外引進先進的焊接設備和生產線,的確提高了工藝技術水平,改變了過去焊接生產的臟?慢?差的局面,但是在企業中也形成一種潛規則:凡是外國的設備就是先進的?好的?可以炫耀的,甚至出現“外國的再貴也要買?國產的再好也不要”的情況?企業的主體作用也應該包括給本國的創新產品提供舞臺? 

        制造企業在引進國外的生產設備或新設計的產品過程,從引進到消化吸收比較多的是封閉在企業內自行解決,很少組織產學研的聯合消化?創新的攻關,造成不斷引進?其實產學研的結合對企業來說能夠獲得更多的信息和更全面的分析意見,幫助企業更快地掌握和吸收;而對高校和院所來說,也能獲得更多?更具體?更詳盡的國外先進技術資料,有助于進一步改進?創新?企業應提供更多的平臺,更充分發揮和體現主體的作用?
        韓國是剛從中國身邊超越而跑到中國前面的國家,他們的科技發展很重視實效和對經濟的促進作用?韓國政府對于一些需求量大而又依賴進口的設備(產品)會舉行科技項目競標,由政府資助?企業配套一定資金,實行產學研結合攻關,一旦出成果,國家將逐步減少對該產品的進口,鼓勵裝備制造企業用國產的產品?例如最近韓國進口一整套的軌道交通鋁合金車廂焊接生產線,他們說:“我們就進口這一套,不會再進口第二套,第二套必然是國產的?”這種自豪是建立在國家的政策支持上?韓國并不追求獲得“諾貝爾獎金”,但是他們的造船技術?鋼鐵技術?汽車技術?IT技術都超過了中國?因此不宜過度追求高新精尖,要適當注意基礎共性技術的牢固?高新精尖技術是建立在牢固的基礎共性技術之上的?

3  自主創新模式與創新道路分析 

3.1 創新與創新道路分析

        技術創新模式原則上可以分為原始創新?集成創新?引進消化吸收再創新?技術創新應與國民經濟發展的需求相結合;重視在新時期新挑戰面前的戰略性創新規劃;重視高端技術和常規共性技術的均衡發展;重視關鍵技術與相關配套技術的成套化發展;重視創新成果推廣應用的環境建設? 

        關于創新的道路應該首先從戰略角度來分析,日本?韓國和德國的做法很值得借鑒?例如日本在面對第一次石油危機的沖擊,提出發展CO2氣體保護焊和工業機器人技術以保持汽車和造船業的競爭力的戰略性創新;韓國解決依賴外國關鍵技術由政府引導和部分資助企業為主導的產學研結合的創新;德國和歐盟發展新工藝?新技術來彌補勞力成本高以提高造船和汽車行業的國際競爭實力的系統成套創新等? 

        對于中國的技術創新,從共性技術發展的角度來看,應根據裝備制造業的發展需求開展預研,由政府和裝備制造企業共同資助,組成產學研聯合攻關?企業應重視支持中國自己的創新成果,提供應用的舞臺,促進國內自己的創新隊伍的成長?企業應更多地提前提出需求,盡量通過對發展趨勢的分析和預測,更多的是采取預先“訂貨”,而不是現時買“現貨”的方式,才能推動有目標的自主創新?中國對于共性工藝技術的發展宜采取大學研究院所企業的三級創新體系

3.2    創新案例

        自改革開放以來,在國家設立發明獎的26年內,僅有十多項焊接成果獲得過國家發明獎,可見國內在焊接方面的創新成果并不很多(主要指焊接材料?焊接工藝技術?焊接設備的直接成果)?從這十多個發明獎項目的推廣面?應用效果?經濟效益和社會效益角度來分析,可以認為哈爾濱焊接研究所的“雙絲窄間隙埋弧焊技術”成果最為突出?該科研成果于1985年鑒定,同年申報發明專利,并于1987年授權;于1989年獲機械部科技進步一等獎,1990年獲國家發明三等獎,1994年獲全國優秀專利項目獎?全自動窄間隙埋弧焊設備自從1987年開始在太原重型機器廠和哈爾濱鍋爐廠推廣應用以來,經過十多年的不斷完善,現在已經有60臺套在國內的骨干重點企業中應用,例如第一重型機械廠?第二重型機械廠?太原重型機械廠?哈爾濱鍋爐廠?東方鍋爐廠?武漢鍋爐廠?上海電站輔機廠?上海金山化工機械廠?蘭州石油化工機械廠等,最多的一家有4套,先后焊接了如60萬千瓦電站鍋爐汽包?石化的大型加氫反應器?大型水壓機的主工作缸和柱塞等產品,焊接的最大厚度達400 mm,并已經成為中國重型裝備制造企業的重要焊接生產設備?現在該設備已經穩穩地占領了國內市場,不僅價格比國外的類似產品低而且性能比外國的好,焊接效率高,焊接質量穩定,經多年的實際應用證明,接頭一次探傷合格率達到99.5%以上?2005年由第一重型機械廠為神華集團生產的中國第一套煤直接液化裝置的加氫反應器,通過國際招標,最終決定全部采用中國自己的專利產品——全自動雙絲窄間隙埋弧焊設備(共兩套)?該加氫反應器直徑5.5 m,全長62 m,壁厚337 mm,總重2 060 t,是當今世界最重最大的反應器?每個反應器由十多個大型整體鍛造筒節焊接而成,每條環焊縫需要連續焊接5天,所有焊縫均一次探傷合格? 

        該項目是1980年第六個五年計劃初期由國家科委下達的科技攻關課題,原計劃是要求對常規埋弧焊設備進行現代化改造,以適應大型裝備焊接的需求?課題組深入哈爾濱鍋爐廠?第一重型機械廠?太原重型機械廠等大廠調研,并廣泛閱讀和仔細分析國外的文獻資料?課題組發現美國和日本在1960 ~ 1970年代對不同形式的窄間隙氣體保護焊進行過多年的研究,有成功的經驗也有失敗的教訓?主要的問題是坡口過小難以實現自動化跟蹤,而且一旦出現缺陷又難以清除和修復?課題組也發現歐洲在開發一種窄間隙埋弧焊方法,但不了解詳細情況?1981年在埃森國際焊接與切割展覽會中,發現兩家國際著名的焊接設備公司展出一種單絲窄間隙埋弧焊設備,在與設備的開發工程技術人員的交談中,盡可能詳細了解設備的特點和設計思想?課題組認真分析了他們設備的優?缺點,并結合以往的科研和生產實踐經驗,認為該設備具備一定特色,但也存在重大問題,即當提高焊接電流以增大熔敷率時,電弧對母材的熱輸入量也將增加,母材熱影響區中的過熱區會加寬?組織粗化,接頭性能將明顯降低?另外他們采用單側橫向跟蹤和環焊縫焊接每圈的搭焊方式容易出缺陷,也有必要改進?為了解決重型裝備焊接效率和質量的矛盾,課題組采用了雙絲的方案,并巧妙地布置和排列了兩根焊絲,使之既能保證坡口側壁熔透,又不增加對母材的熱輸入;既能保證高熔敷率,又能形成薄而寬的焊道,充分利用后一道焊道焊接時的熱量對前一道焊道的熱影響區進行正火處理,細化其過熱區的晶粒?最終找到解決焊接質量和效率矛盾的兩全方法?經實際焊接檢驗,效率比普通埋弧焊提高效率一倍以上,比單絲窄間隙埋弧焊提高60%,而焊接接頭熱影響區中過熱區的沖擊韌性達到接近正火+回火的母材水平?同時改進了跟蹤的方式,采用橫向雙側跟蹤,并且還改進了搭焊的程序?實踐證明這些措施是很有必要且相當有效的,也特別適合國內企業的生產實際需要?在無需提高接頭裝配精度的條件下,可以保證高效率焊接和穩定的焊接質量?這項成果是中國第一個研究成功并廣泛推廣的窄間隙焊接方法,該方法使國內的窄間隙焊接技術達到國際先進水平?  

4  提高自主創新能力的戰略目標及關鍵核心技術 

4.1 今后十年內自主創新戰略目標

     1)   焊接機械化? 自動化率從目前的35%提高到50%,提高焊接機械化?自動化成套裝備的設計與制造能力,滿足70%以上國內市場需求;
     2)   從夯實國內焊接材料和弧焊電源的技術基礎著手,提高研發能力,大力推進新型弧焊電源和高性能焊接材料的自主創新,使中國不僅是世界最大的焊接材料生產國,而且使焊接材料的質量和性能達到世界先進水平,使高端焊材的自給率達60%以上,焊材出口量超過25%;
     3)   圍繞國家重大技術裝備,重點解決重?大?厚?長及復雜焊接結構的優質?高效?智能化焊接技術的自主創新(包括船體高效焊接?大型水輪機的高效焊接?長輸管線現場高效焊接?鋁合金車體優質焊接?厚壁壓力容器優質焊接?大面積容器(管)的耐蝕堆焊?厚大馬鞍形焊縫的高效焊接等),使重大裝備產品的關鍵焊接技術均有國內自主知識產權;
     4)   發展焊接新技術(包括激光?激光與其它熱源復合焊接技術?攪拌摩擦焊技術等),并在重點裝備制造企業中推廣應用? 

4.2 關鍵核心技術

       焊接技術的總體發展趨勢是高效?優質?低成本?環境友好?適應新材料?新結構?新功能要求,需要開展的關鍵核心技術有以下幾個領域:
       (1)重大厚長及復雜焊接結構的優質?高效?智能化?自動化成套焊接技術關鍵技術主要是視覺傳感技術?焊接過程的智能化和協調控制技術?工業機器人產業化與配套技術?必須重視國內工業機器人的產業化生產,缺乏自主的工業機器人系統,很難集成上述技術,并且在高端裝備上受制于人?         
       (2)激光焊接?激光與其它熱源復合焊接以及攪拌摩擦焊等新型焊接技術?關鍵焊接技術主要有激光與材料的作用機理?激光與其它能源的復合機理?攪拌摩擦焊的成形機理的深層次認識,以及新工藝技術在新型材料(包括鋁?鎂?鈦合金及超高強鋼等)焊接中的冶金特性?
       (3)多功能全數字化逆變弧焊電源技術?關鍵技術主要有針對不同電弧過渡形式中的電弧物理與工藝特征的優化控制模式,數字化逆變焊接電源的研究開發不僅僅是電路的開發與創新,必須將逆變電源的開發與工藝,特別是電弧物理相結合,開發新型的?更高性能的?更多功能的弧焊電源,推動使用量大面廣的弧焊技術的發展?

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